Технология фильтрации с использованием пенокерамики появилась в 1970-х годах и быстро получила широкое распространение в США, Канаде, Японии, Франции, Австралии и Швейцарии. Это наиболее эффективный способ удаления включений из расплава алюминия.
В последние годы как в нашей стране, так и за рубежом велись исследования по разработке новых технологий очистки расплавленного алюминия, таких как вакуумная динамическая обработка, ультразвуковая непрерывная дегазирующая очистка и корундовые керамические фильтры, которые дали очень хорошие результаты. Однако эти технологические методы являются относительно сложными и дорогостоящими, и их трудно широко внедрить в производство. Что касается фильтрации с использованием металлических сит и волокнистой ткани, то с их помощью удается удалить только крупные включения из расплава алюминиевого сплава, но включения размером менее микрона удалить невозможно, к тому же металлическое сито также загрязняет алюминиевый сплав. Использование пенокерамических фильтрующих пластин позволяет отфильтровать мелкие включения и значительно улучшить механические свойства и внешний вид отливок.
Технология фильтрации с использованием пенокерамики
Этот фильтрующая пластина из керамической пены имеет многослойную структуру и многомерные сквозные отверстия, которые сообщаются друг с другом. В процессе фильтрации расплавленный алюминий, унося с собой включения, течет по извилистым каналам и порам и при контакте с вспененным каркасом фильтрующей пластины подвергается непосредственному перехвату, адсорбции, осаждению и т. д. Когда расплав течёт по отверстию, канал фильтрующей пластины изгибается, расплав, протекая по каналу, меняет направление течения, и включения сталкиваются с наковальней стенки отверстия и прочно прилипают к ней.
Области применения керамического пенофильтра
Керамическая пенопластовая фильтрующая пластина устанавливается в Фильтрующий блок CFF. Он способен проходить через линии охлаждения и нагрева без растрескивания и обладает высокой прочностью, хорошими теплоизоляционными характеристиками и другими преимуществами. Чем ближе фильтрующий блок расположен к распределительной пластине, тем лучше, поскольку это позволяет сократить путь потока после фильтрации расплавленного алюминия и уменьшить или предотвратить образование окислений. Расплавленный алюминий вытекает из горловины печи, проходит через фильтрующий блок, а затем по желобу поступает в распределительную пластину. При запуске фильтрующего устройства перепад уровня до и после фильтрации расплава составляет около 50 мм. По мере увеличения времени фильтрации количество включений на поверхности фильтрующей пластины и стенках пор увеличивается, скорость потока через фильтр снижается, а перепад уровня между передней и задней частями увеличивается. К концу литья перепад давления увеличивается до 60–120 н. При выборе фильтрующей пластины в первую очередь необходимо исходить из расхода расплавленного алюминия, а во-вторых, следует учитывать степень очистки расплава, максимальное содержание включений и общую пропускную способность расплава.
Эффективность фильтрации расплавленного металла с помощью керамического пенопластового фильтра в основном зависит от его размеров и пористости. Чем крупнее поры фильтрующей пластины, тем хуже эффективность удаления шлака. Для алюминиевых отливок, к которым предъявляются строгие требования, следует выбирать фильтрующую пластину с мелкими порами. Например, используется фильтрующая пластина с плотностью пор 40–45 отверстий на дюйм.
При проектировании фильтрующего устройства необходимо обеспечить погружение фильтрующей пластины в расплавленный алюминий во время разливки расплава в соответствии с техническими характеристиками выбранного поддона, а также с учетом перепада высоты между горловиной печи и разделительной пластиной. Кроме того, необходимо учитывать, что монтаж и демонтаж должны быть максимально безопасными и удобными, а расплавленный алюминий в фильтрующем корпусе должен полностью слиться после разливки расплава.
Практика показывает, что технология фильтрации с использованием пенокерамических фильтров в настоящее время является наиболее эффективным средством для удаления окисленных включений из расплавов известных марок. Обычная волоконная фильтрация позволяет удалять только крупные включения, тогда как пенокерамические фильтрующие пластины способны одновременно отфильтровывать как крупные, так и мелкие включения.